第2部分第1章 高频开关电源

第一章高频开关电源的维护第一节技术参数一、高频开关电源系统的主要技术参数额定直流输出电压、浮充电压、均充电压、功率因数、稳压精度、效率、杂音电压(不接蓄电池组)、电池温度补偿等。1、额定直流输出电压：指市电经整流模块变换后的额定输出电压，正选的电源电压为-48V，电压允许变动范围-40—-57V。这种“-”型基础电压是指电源正馈电线接地，作为参考电位零伏，负馈电线装接熔断器后，与机架电源连接。2、浮充电压：在市电正常时，蓄电池与整流器并联运行，蓄电池自放电引起的容量损失便在全浮充过程被补足。根据电池特性及温度所需补充损失电流的多少而设定的电压。3、均充电压：为使蓄电池快速补充容量，视需要升高浮充电压，使流入电池补充电流增加，这一过程整流器输出得电压为“均充”电压。4、功率因数:有功功率对视在功率的比叫做功率因数。由于开关电源电路的整流部分使电网的电流波形畸变，谐波含量增大，而使得功率因数降低（不采取任何措施，功率因数只有0.6~0.7），污染了电网环境。开关电源要大量进入电网，就必须提高功率因数，减轻对电网的污染，以免破坏电网的供电质量。满载状态下，功率因数不低于0.92。5、效率：开关电源模块的寿命是由模块内部工作温升所决定。温升主低主要是由模块的效率高低所决定。现在市场上大量使用的开关电源技术，主要采有的是脉宽调制技术（PWM）。模块的损耗主要由开关管的开通、关断及导通三种状态下的损耗，浪涌吸收电路损耗，整流二极管导通损耗，工和辅助电源功耗及磁心元件损耗等因素构成。减少这些损耗就会提高模块的整体效率。对此现行较好的处理方法分别是：开关管的开通、关断及导通状态的损耗采用MOSFET和IGBT并联使用，利用两种不同类型的器件的开头及导通损耗的优势互补，其综合损耗是利用单一类型开关管工作损耗的20%左右；浪涌吸收电路可采用无损耗吸收电路，这一技术的使用使得该部分损耗大幅度下降；整流二极管可采用导通电阻较小的器件，优化设计控制电路，选择集成度较高的IC器件都可减少功耗；磁心材料可选择如菲利浦的3C90等均可减少损耗。高频电容器的选择严格控制峰值电流的大小，采用这些因素将会使整流模块的工作在相当宽的功率输出范围内保持较高的效率，如VMA10、DMA12、DMA13及DMA14的工作效率均为91%以上。需要说明的是主开关管的开通、关断及导通状态中的损耗所占比例是主要的。开关状态的损耗是PWM控制技术所固有的缺点。满载状态下，效率不低于0.90。6、稳压精度：满载状态下，当输入电压由最大变到最小时，整流器输出电压调整范围不超过±1％。7、杂音电压(不接蓄电池组)①衡重杂音：电话电路以800HZ杂音电压为标准，其它频率杂音电压响度强弱，用等效杂音系数表示称为衡重杂音。系统衡重杂音的测量点视情况选择在整流器输出端，蓄电池输出端及机房机架的输入端，各测量点数值不已。②宽频杂音：它是指各次谐波均方根值，即周期连续频谱电压。③峰值杂音：指叠加在直流输出上的交流分量峰值，即指晶闸管或高频开关电路导致的针状脉冲。④离散杂音：指无线电干扰杂音或射频杂音，通常为150kHz-30MHz频率内的个别频率杂音。⑤峰-峰值杂音：只由于电源干扰或本机故障所产生的杂音。指标如下：电话衡重杂音电压≤2mV(3m~3400Hz)。宽频杂音电压≤100mV(3.4~150kHz)。宽频杂音电压≤30mV(0.15~30MHz)。离散频率杂音电压≤5mV(3.4~150kHz)。离散频率杂音电压≤3mV(150~200kHz)。离散频率杂音电压≤2mV(200~500kHz)。离散频率杂音电压≤lmV(0.5~30MHz)。峰—峰杂音电压≤200mV。8、电池温度补偿：适合阀控电池温度补偿要求的自动调节功能，既当环境温度每升高一度或降低一度直流输出电压应相应调整3mv或升高3mv。二、通信供电质量要求1、直流供电标准应符合下表2-1-1要求标准电压（V）电信设备受电端子上电压变动范围（V）杂音电压（mv）①供电回路全程衡重杂音峰-峰值宽频杂音（有效值）最大允许压降（V）-48V-40～-57≤2400mv0～300kHZ100mv3.4～150kHZ30mv150kHZ～30MHZ3±24V±19~±29≤22.6注：①—48V电压的离散频率杂音电压允许值：（有效值）3.4kHz～l50kHz，≤5mv有效值150kHz～200kHz，≤3mv有效值200kHz～500kHz，≤2mv有效值500kHz～30MHz，≤1mv有效值2、直流供电回路接头压降(直流配电屏以外的接头)应符合下列要求，或温升不超过允许值。（1）1000A以下，每百安培≤5mv。（2）1000A以上，每百安培≤3mv。3、交流市电电源供电标准应符合下表2-1-2要求：标称电压（V）受电端子上电压变动范围（V）频率标称值（hz）频率变动范围（hz）功率因数100KVA以下100KVA以上220187~24250±2≥0.85≥0.90380323~41850±2≥0.85≥0.904、交流油机电源供电标准应符合下表要求：标称电压（V）受电端子上电压变动范围（V）频率标称值（hz）频率变动范围（hz）功率因数220209~23150±10.8380361~39950±10.85、三相供电电压不平衡度不大于4％，电压波形正弦畸变率不大于5％第二节高频开关电源系统的维护本节重点介绍洲际、艾默生公司的高频开关电源组成及常见故障分析。一、艾默生公司PS481000-2/100(一)系统组成和结构（1）概述PS481000-2/100电源系统是安圣集多年开发和设备网上运行经验设计的新一代大容量通信电源产品，主要适用于市话网大中型交换局、长途局、一级传输干线、GSM移动交换局和汇接局，CDMA移动交换局和汇接局等大型通信局站。该电源系统有两种基本配置系统：三柜系统和两柜系统，各系统的配置如下表2-1-3所示。PS481000-2/100标准系统配置表配置三柜系统两柜系统PD380/400AFH-2或PD380/600AFH-2PD48/1200BFH（交、直流合一配电柜）直流配电柜PD48/2000DF或PD48/2500DF整流柜RACK1000RACK1000整流模块HD48100-2HD48100-2监控模块PSM-APSM-A实际使用中可根据用户的需求选配多个交流配电柜、直流配电柜和整流柜，系统最大可平滑扩容至6000A。(2)系统工作原理PS481000-2/100大容量电源系统（以三柜系统为例）工作原理如图2-1-1所示，系统由交流配电柜、整流柜（包含监控模块）、直流配电柜三部分组成。在交流配电柜中，两路市电主备工作，市电Ⅰ为交流主供电回路，市电Ⅱ为交流备份供电回路，可接油机或来自另外一台交流变压器的交流电，两路市电通过刀闸开关手动切换。交流配电柜通过输出空开将交流电送入整流柜中的交流分配单元，交流分配单元通过空气开关将交流电分成10路分别送给整流模块，整流模块满配置为10个，最大输出电流1000A。整流模块输出的-48V直流电压汇流到整流柜内的正、负母排，整流柜与直流配电柜正、负母排通过并机铜排互连，输入到直流配电柜的-48V直流电通过熔丝供给负载。直流正常情况下，系统运行在并联浮充状态，即整流模块、蓄电池并联工作，整流模块除了给通信设备供电外，还对蓄电池进行浮充充电。当市电断电时，整流模块停止工作，由蓄电池给设备供电，维持设备的正常工作。市电恢复后，整流模块重新给设备供电，并对蓄电池进行充电，补充消耗的电量。交、直流配电柜和整流模块等均有独立的监控电路，负责对各自状态进行监控和告警，同时与系统的监控模块通讯。监控模块通过RS485接收交流配电、直流配电和整流模块的运行信息并进行相应的控制。监控模块还可通过RS485、RS232方式连接本地计算机，亦可通过Modem或其它传输资源（如公务信道）连接监控中心，实现电源系统的集中监控组网。...交流分配单元...FC...至后台监控MODEMC级防雷器应急照明直流配电监控线交流配电监控线模块监控线应急照明暨交流监控电源线+－交流配电柜整流柜直流配电柜RS232RS422/485D级防雷图2-1-1系统工作原理图(二)交流配电柜(1)配电柜命名规则输出额定电流输出额定电压出线方式：U—上出线；D—下出线；F—自由出线版本号：第二版配电类型：A—交流配电；D—直流配电；B—交直流一体配电配电柜PD380/400AFH-2切换方式:H—手动；A—自动(2)主电路工作原理PD380/400AFH-2交流配电柜主电路如图2-1-2所示。刀闸开关完成两路交流输入的手动切换。零线排为交流输入和输出零线汇接排，交流输出分路的零线直接从零线排接出，不通过输出空开。交流相线通过容量不同的空气开关，给整流柜或用户设备供电。交流配电柜采用C级防雷器作为防止浪涌及雷击的措施，正常情况下，C级防雷器的压敏电阻片的窗口为绿色，防雷空开必须保持闭合。地线排市电Ⅰ市电Ⅱ刀闸开关防雷空开PEC级防雷器▲▼机架接地N线排QF1QF2QF3QF4QF5QF6QF7QF8QF9QF13QF10QF11QF12QF14QF15QF16N线图2-1-2PD380/400AFH-2交流配电柜主电路图(3)配电监控工作原理PD380/400AFH-2交流配电柜配电监控电路工作原理如图2-1-3所示。交流配电监控电路主要由交直流配电监控CPU板（B14C3U1）、交直流信号转接板（A2V6FX1）以及交流监控变压器板（A2V4FA1）组成。其中A2V4FA1板完成两路交流电压、交流电流和交流工作频率的采样；A2V6FX1板实现交流配电所有开关量和模拟量信号到配电监控CPU板的转接；B14C3U1板完成所有配电监控信号的处理、交流告警输出、显示输出并通过RS485口将交流配电信息传送给监控模块。····································1818181818141414141414162118610124J0J1J21J2JP1JP21J31J1B14C3U1JP2JP1J15J9J8J25J1J10J14J2J12J13J8J9J6J5J4A2V4FA1A2V6FX1161348V直流电压输入交流频率检测输入交流电流检测输入两路交流电压检测输入两路交流电压采样信号输出交流电流采样信号输出交流频率采样信号输出接蜂鸣器消音开关C级防雷器检测信号输入接故障告警指示灯接蜂鸣器及其工作开关市电Ⅰ闭合检测信号市电Ⅱ闭合检测信号主输出空开检测信号输入B142FD1P1P2配电模拟量信号输入配电开关量信号输入48V供电电源输入12V直流电源、声光告警信号输出应急照明控制信号输出接应急照明接触器线包RS485通信口接直流柜负载输出端和正母排接应急照明灯应急照明接触器48V负48V正··················至PSM-A或其他配电柜×W2V2U2N2W1V1U1N101.51.51.51.51.51.501.5图2-1-3PD380/400AFH-2交流配电柜配电监控电路工作原理图(三)直流配电柜（1）主电路工作原理PD48/2000DF直流配电柜主电路如图2-1-4所示。-48V直流电压由正、负母排引入，通过容量不同的24路负载熔断器输出，两路电池通过熔断器和分流器与正、负母排并联。正常情况下，系统运行在并联浮充状态，即整流模块、电池并联工作，整流模块除了给通信设备供电外，还为蓄电池提供浮充电流。当市电断电时，整流模块停止工作，由蓄电池给设备供电，维持设备的正常工作。市电恢复后，整流模块重新给设备供电，并对蓄电池进行充电，补充消耗的电量。分流器RB1、RB2用于检测蓄电池Ⅰ、Ⅱ的充放电电流，RL用于检测负载总电流。图2-1-4PD48/2000DF直流配电柜主电路图（2）配电监控工作原理PD48/2000DF直流配电柜配电监控工作原理如图2-1-5所示。直流配电监控电路主要由交直流配电监控CPU板（B14C3U1）、交直流信号转接板（A2V6FX1）组成。其中A2V6